針鐵礦法除鐵

1、磚紅壤及其礦物表面對重金屬離子的專性吸附研究本文對CU(2+)、Zn(2+)、Co(2+)、Nj(2+)和Cd(2+)在磚紅壤、針鐵礦、無定形氧化鋁和高嶺石表面上的專性吸附進(jìn)行的研究結(jié)果表明：pH是影響重金屬離子吸附過程的最重要因素，而表面帶電性質(zhì)對吸附過程的影響不大。針鐵礦表面的吸附順序是Cu2+>Zn2+>Cd2+>Ni2+>Co2+；重金屬離子在四種材料上的吸附過程符合三層絡(luò)合模式：(式中S為表面；M為重金屬離子；K_M(1nt)是本征絡(luò)合常數(shù)；Q_M是表觀絡(luò)合常數(shù)；exp為指數(shù)函數(shù)；c為電子電荷；巾0為表面電位；巾B為Stcrn層電位，R為氣體常數(shù)；T為絕對溫度

2、。用吸附數(shù)據(jù)求得的L。gQ_M與(T_0(表面電荷密度)之間呈極顯著直線相關(guān)(a=0.01)。模型參數(shù)K_M(1nt)和內(nèi)層電容8_1可用來表征表面與M(2+)吸附親和大的大小。在本文所測試的五種離子中，Cu(2+)與表面針鐵礦對4種金屬離子的吸附能力由強到弱的順序是:Pb2+>Cu2+>Zn2+>Cd2+>Ni2+>Co2+。(5)針鐵礦對重金屬離子吸附主要是物理化學(xué)吸附，并可形成穩(wěn)定化合物。所以，針鐵礦可作為重金屬污水處理的有效吸附劑，并有調(diào)節(jié)pH的作用。3.1針鐵礦吸附Cu2+試驗表明針鐵礦對Cu2+的吸附取決于pH值看在一個較窄的pH值范圍使吸附率急劇增至

3、98%,并且隨著pH值增高而穩(wěn)定；在pH值為4.3時出現(xiàn)增高趨勢，大于4.3吸附率急劇上升，到pH值等于7.3時吸附率達(dá)到最大值。因此，在針鐵礦吸附Cu2+的過程中,pH值為4.3是其吸附邊界pH值,詳見圖3。圖3針鐵礦對(：u2+的吸附率重金屬離子在針鐵礦的表面上形成微晶礦物與針鐵礦表面具有微溶性密切相關(guān),這是針鐵礦對重金屬離子具有強烈吸附作用的原因1,2。針鐵礦對重金屬吸附作用具有幾種情況：(1)物理吸附；(2)化學(xué)吸附;(3)物理化學(xué)吸附。但是，對于不同重金屬離子3種吸附作用是不同的。針鐵礦對于銅、鋅、鎘，主要是表現(xiàn)為表面吸附和離子交換吸附2種作用。表面吸附由于膠體具有巨大的比表面積和表

4、面能所致。離子交換吸附與膠體微粒帶電荷有關(guān)。pH值對重金屬的吸附作用有很大影響，對每一種重金屬來說都存在著一個有利于吸附的最佳pH值范圍。通過相圖可以確定pH值的范圍。針鐵礦(XOH)吸附重金屬離子的過程可以用以下化學(xué)式表示：XOIli()11+H+XOII+N()3no;XOH+Na+-*X()-Na+H+XOH+Me2+H2()*A()-Me()H+2H+XOH+Me'¥()Me+H+離子調(diào)節(jié)劑等。輕基氧化鐵以晶型的a一FeooH和pFeooH較穩(wěn)定，p,丫,6FeOOH和Fe5Hos4HZo易轉(zhuǎn)化成aFeooH。el一離子較豐富環(huán)境中，F(xiàn)e(111默鹽溶液易形成p-Fe

5、ooH。富含50擴(kuò)、No3一離子時，F(xiàn)e(oH)3凝膠在低于40"e條件卞分別轉(zhuǎn)化aFeOOH相、aFeooH和贊FeoOH的混合相；在4于80“C間均轉(zhuǎn)化為另含a-FeZo的混合相；高于80“e均轉(zhuǎn)化成純相aFeZo3（eomellandsehwertmann1991）。在近中性環(huán)境中，微量Fe（11）對Fe（OH）3凝膠和a,p,丫，6FeOOH的相轉(zhuǎn)化有促進(jìn)作用，主要表現(xiàn)在可通過催化原礦物相溶解，并促進(jìn)相轉(zhuǎn)化過程發(fā)生（郭輝和魏雨，2006）c在缺氧除鐵是濕法冶金中最為普遍的工藝過程，通常認(rèn)為，針鐵礦型的沉鐵渣為最好，結(jié)晶體大，夾帶有價金屬少，容易過濾。根據(jù)Fe2O3-H20系的

6、平衡圖，在Fe3+濃度很低的條件下，F(xiàn)e3+將形成針鐵礦aFeooH沉淀。氧化一還原電位和pH是控制鐵在水溶液中行為的二個重要因素。針鐵礦為一種很穩(wěn)定的晶體，其溶解反應(yīng)的平衡常數(shù)很小，黃鈉（鉀）鐵帆和針鐵礦的生成條件有相近的地方，很容易因為控制不當(dāng)，生成黃鈉（鉀）鐵磯，主要問題出現(xiàn)在酸度控制方面，為使pH值變化得到更加精準(zhǔn)和有效的監(jiān)控，避免實驗引起如此大的偏差。pH值調(diào)低，防止鐵在高pH值下水解并不斷用Na2CO3調(diào)節(jié)反應(yīng)混合液的pH值；在比較添加一定比例品種與否時，發(fā)現(xiàn)有品種存在時，針鐵礦沉淀時的pH范圍變寬，體系含鐵量可以大于lg/L,即添加品種降低了反應(yīng)的活化能，品種在除鐵過程中起到了重

7、要作用；與還原一氧化法不一樣的是，部分水解法不是把Fe3十還原成Fe2+,反而是把溶液中少量的Fe2+氧化成Fe3十，再把含大量鐵的浸出液以噴淋的方式灑入攪拌均勻的含鐵低于1g/l的低酸溶液中，浸出液在接觸槽內(nèi)底液（適合針鐵礦產(chǎn)生的）的瞬間，在巨大的熱力學(xué)推動下，以水解的形式析出針鐵礦沉淀，可視為三價鐵離子直接水解，反應(yīng)式如下：Fe3+2H2O-FeOOH+3H+由上反應(yīng)式可以看出，硫酸高鐵水解產(chǎn)生酸，要是算不用中和劑中和，產(chǎn)物必將發(fā)生變化，因此，要是反應(yīng)槽內(nèi)溶液是指保持在一定范圍的pH,濕法煉鋅過程一般用焙砂不斷中和余酸。陳松等對鍥精礦氯氣浸出液凈化除鐵工藝研究156,采用了針鐵礦法，為了克

8、服傳統(tǒng)硫化鍥精礦火法冶金工藝的不足，鍥冶金的全濕法、短流程新工藝研究開發(fā)備受矚目。目前，硫化鍥精礦氯氣浸出一凈化一電積新工藝己經(jīng)在國外得到了應(yīng)用，在這項工藝中，凈化除鐵是最關(guān)鍵的技術(shù)之一。最佳工藝條件：氧化劑用量5g/l,溶液pH值2.53.0,溫度85c左右，攪拌時問2h。除鐵后液含鐵可達(dá)0.0068留L,謂中Ni、Co損失分別為0.14%和0.05%*1-3黃鐵隊、針鐵斯和赤鐵斯法舞作條件比較黃鐵帆法針鐵礦法赤鐵礦法pHfffL5-2.02.O-2.5達(dá)2%硫酸uc70-9070Toe約200吸附陰高子僅SO產(chǎn)任何陰圖僅與（V需添加田高子NaKNHJfR)無無沉淀種類RF(SO$MOH%a

9、-FeOOlLy-reOOHu-FesOj印高手雜質(zhì)低（除R外）中箸用離子雜質(zhì)中等高中等過濾性能很好很如很好息14不同方法沉淀港的主要成分士要成分理論饞%Fe霎際值/SZnFeSZu黃鈦肌法3715030104甘帙礦法634118赤佚礦法705830.5查閱文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)：黃鈉（鉀）鐵帆和針鐵礦的生成條件有相近的地方,很容易因為控制不當(dāng)，生成黃鈉（鉀）鐵磯，主要問題出現(xiàn)在酸度控制方面，因此pH值變化需得到更加精準(zhǔn)和有效的監(jiān)控。在除鐵溫度上，同黃鈉鐵帆法除鐵相近，但沉淀渣量較黃鈉鐵帆少。針鐵礦品種制備方法針鐵礦物理化學(xué)性質(zhì)針鐵礦是含水氧化鐵的主要礦物之一，常稱為a型一水氧化鐵，它的組成為a-Fe2

10、03.H20或a-Fe00H,與纖鐵礦（丫-Fe00H）是同質(zhì)多象變體。針鐵礦在礦物學(xué)上屬斜方晶系，晶格常數(shù)為:a=0.464nm,b=0.998nm,e=0.303nm針鐵礦的晶形結(jié)構(gòu)為八面體，見圖1-1。從近代化學(xué)觀點看，針鐵礦屬于無機(jī)高聚物范疇。用分子式Fe00H表示的單位并不獨立存在，針鐵礦的分子式的寫法應(yīng)為a-Fe00Hn,其中n是一個比較大的數(shù)字.a-Fe00H在自然環(huán)境中通常存在于土壤、沉積物、含水土層及鐵礦中，它也常出現(xiàn)在在含鐵巖石的風(fēng)化產(chǎn)物中，自然界以針鐵礦的形式存在。水解法沉鐵，黃鉀（鈉）鐵帆法沉鐵和針鐵礦法沉鐵。通常認(rèn)為，針鐵礦型的沉鐵渣為最好，結(jié)晶體大，夾帶有價金屬少，

11、容易過濾。但針鐵礦法除鐵的工藝條件要求苛刻，難于控制和掌握；特別是在沉鐵過程中要有一定的針鐵礦作品種。1.1水熱法制備針鐵礦品種的實驗原理本實驗以硫酸鐵為原料，在酸性條件下用雙氧水把溶液中的少量二價鐵氧化成三價鐵，見反應(yīng)式（1）,采用往硫酸鐵溶液中滴加氫氧化鈉制備膠態(tài)氫氧化鐵前驅(qū)體，見反應(yīng)式（2）,待反應(yīng)完全后，用稀硫酸緩慢調(diào)節(jié)前驅(qū)體混合液的pH值至3-4,見反應(yīng)式（3）,再將前驅(qū)體混合液裝入水熱反應(yīng)釜，前驅(qū)體在一定溫度的水熱作用下脫水得到針鐵礦，見反應(yīng)式（4）和（5）。整個過程的主要反應(yīng)式如下：2Fe*+HA+2H"-2F產(chǎn)+2HQ(1)FeJ+30HFe(OH)j(2)HkOH一

12、用0(3)Fe(OHb/熱作片)FeOOH+H2O(4)Fe(K曬+(2-rt)H2O-FcOOH+(3f)H(其中wO,1,2,3國)(5)準(zhǔn)均相成核法制備針鐵礦在制備針鐵礦品種時，始終保持底液與原料液的比值較大，原料液全加入到底液后，三價鐵離子在反應(yīng)槽的增加量比較小，反應(yīng)槽的三價鐵離子自始至終都小于1g/L,滿足生成針鐵礦需要鐵離子濃度低于1g/L,過程中保持加料慢，攪拌速度快。由于反應(yīng)槽中的鐵離子含量低，生成的針鐵礦也很少，因此體系中的固/液比很小，鐵離子的直接水解反應(yīng)視為準(zhǔn)均相成核反應(yīng)除鐵過程中，反應(yīng)物料連續(xù)不斷地加入，反應(yīng)產(chǎn)物也從反應(yīng)槽中連續(xù)不斷地排出，維持反應(yīng)體系的物料總量或總體積

13、恒定。整個過程是循環(huán)的，所得到的針鐵礦產(chǎn)物再部分返回反應(yīng)槽，作為品種使用。整個除鐵過程采用如圖3-7所示設(shè)備連接。*待除鐵液12M5g/L,卬)困3-7針鐵獷法除鐵實臉微分反應(yīng)器設(shè)備連接示意用當(dāng)大量針鐵礦品種存在時，品種發(fā)揮作用，鐵離子迅速吸附在品種表面，并快速發(fā)生水解，最后脫落形成新品核，產(chǎn)生二次成核，或者直接長大成為大晶體，見反應(yīng)式(3-3),(3-4),(3-5)。F(叫)十FEMMOMs%晶粒-F+(aq)(FM£%(%局應(yīng)(3-3)2A”(06(徐工0?田0)心),晶粒+4m0-陞2。3*%0(9,晶核(F/OMbOMs),晶粒(3-4)FgO比(理),晶核,(Fe2O3H?O)n，晶粒分新晶核+(卜/。3比。%(。晶粒(3-5)生成的晶核如